Vorrichtung und Verfahren zur Einbringung eines Wellenschnitts in eine laufende Materialbahn unter Verwendung eines Laserstrahles

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Längsschneiden von laufenden Materialbahnen (10), umfassend Schneidmittel (30, 40) zur Einbringung wenigstens eines wellenförmigen Längsschnitts (20) in eine laufende Materialbahn (10). Dabei umfassen die Schneidmittel (30, 40) wenigstens eine Laserquelle deren Laserstrahl (30) auf die Materialbahn (10) richtbar ist und gegenüber der Materialbahn (10) quer zur Laufrichtung der Materialbahn (10) so hin und her verfahrbar ist, dass der Laserstrahl (30) einen wellenförmigen Längsschnitt (20) in die laufende Materialbahn (10) einbringt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Längsschneiden von laufenden Materialbahnen, wobei die Vorrichtung Schneidmittel zur Einbringung wenigstens eines wellenförmigen Längsschnitts in eine laufende Materialbahn umfasst.

[0002] Der sogenannte Wellenschnitt (Wave Cut) kommt beispielsweise bei der Herstellung von Kondensatoren aus metallisierten BOPP-Folien (Biaxially Oriented Polypropylene) oder metallisierten BOPET-Folien (Biaxially Oriented Polyethylene Terephthalate) zum Einsatz. Durch den wellenförmigen Schnitt ergibt sich beim Aufwickeln solcher Folien zu einem Kondensator eine "weiche" Stirnseite und damit eine bessere Anbindung zur Anode und Kathode. Beispielhaft offenbart die Offenlegungsschrift DE 35 17 243 A1 ein solches Verfahren zur Herstellung eines Kondensators.

[0003] Dabei werden in eine solche Folie typischerweise mehrere wellenförmige Längsschnitte eingebracht, die durch eine entsprechende Anzahl an rotierenden Rundmessern bewirkt werden, in deren Umfang eine axial wellenförmige Kontur eingeprägt ist. Allerdings hat ein solcher Wellenschnitt mit rotierenden Klingen verschiedene Nachteile, zu denen insbesondere ein begrenztes Verhältnis der Amplitude zur Wellenlänge gehört, denn die Wellenlänge kann im Verhältnis zur Amplitude nur begrenzt verkleinert werden. Ferner kann es zu Kratzern auf der Folie zu kommen, und der entstehende Schneidstaub kann sich nachteilig auswirken.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Einbringung wenigstens eines wellenförmigen Längsschnitts in eine laufende Materialbahn bereitzustellen, mit der/dem sich die genannten Nachteile vermeiden lassen.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-11. Die Erfindung wird ferner durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15 gelöst.

[0006] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Längsschneiden von laufenden Materialbahnen umfasst Schneidmittel zur Einbringung wenigstens eines wellenförmigen Längsschnitts in eine laufende Materialbahn, wobei diese Schneidmittel wenigstens eine Laserquelle umfassen, deren Laserstrahl auf die Materialbahn richtbar und gegenüber der Materialbahn quer zur Laufrichtung der Materialbahn so hin und her verfahrbar ist, dass der Laserstrahl einen wellenförmigen Längsschnitt in die laufende Materialbahn einbringt.

[0007] Der Wellenschnitt wird somit durch einen Laser erzeugt, der sich mit einer gewünschten Amplitude quer zur Laufrichtung hin und her bewegt, so dass zusammen mit der Bewegung der Materialbahn ein wellenförmiger Schnitt erzeugt wird. Dabei ist der Laserstrahl vorzugsweise senkrecht auf die Materialbahn gerichtet, aber es können auch von 90° abweichende Winkel etwa im Bereich von 80-100° gewählt werden. Prinzipiell ist jeder geeignete Winkel von der Erfindung umfasst. Ferner ist der Laserstrahl vorzugsweise in einem Winkel von 90° zur Laufrichtung der Materialbahn verfahrbar, aber auch für diese Bewegungen können andere Winkel gewählt werden, solange sich der Laserstrahl quer zur Laufrichtung der Materialbahn bewegt.

[0008] Bei der Materialbahn handelt es sich vorzugsweise um eine metallisierte Folie, insbesondere um eine metallisierte BOPP-Folie oder eine metallisierte BOPET-Folie im Dickenbereich von 0,9□m bis 15□m. Derartige Folien werden unter anderem als Batterie- oder Kondensatorfolien eingesetzt, und müssen hierzu durch mehrere Längsschnitte in Bahnabschnitte aufgeteilt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das zugehörige Verfahren sind jedoch für den wellenförmigen Längsschnitt jeglicher Materialbahnen einsetzbar, bei denen die Vorteile gegenüber mechanischen Schneideinrichtungen mit rotierenden Schneidmessern nutzbar sind. Beispielsweise kann es sich um verstreckte oder unverstreckte Kunststofffolien, Aluminiumfolien, Kupferfolien, etc. handeln.

[0009] Durch den Laserschnitt lässt sich gegenüber mechanischen Lösungen mit rotierenden Rundmessern insbesondere das Verhältnis der Amplitude zur Wellenlänge erhöhen, d.h. die Wellenlänge lässt sich gegenüber der Amplitude stärker verringern. Mit mechanischen Schneideinrichtungen sind beispielsweise Verhältnisse Wellenlänge / Amplitude von 8:1 und größer erforderlich, während mit einem wellenförmigen Laserschnitt deutlich kleinere Verhältnisse der Wellenlänge zur Amplitude erreicht werden können, beispielsweise 4:1.

[0010] Ferner kann bei einem Laserschnitt die Bahngeschwindigkeit erhöht werden, und Kratzer auf der Materialbahn werden vermieden. Gegenüber bisher eingesetzten mechanischen Wellenmessern kommt es nämlich zu einer Bahnberuhigung. Darüber hinaus lässt sich Schneidstaub vermeiden, und es kann eine Kostenoptimierung erreicht werden, da die Standzeit eines berührungslos schneidenden Lasers gegenüber einem Wellenmesser wesentlich höher ist.

[0011] Der Laserstrahl kann direkt oder indirekt auf die Materialbahn gerichtet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Laserstrahl direkt auf die Materialbahn gerichtet, und die Laserquelle ist gegenüber der Materialbahn so bewegbar, dass der Laserstrahl quer zur Laufrichtung der Materialbahn verfahrbar ist. Die Hin- und Herbewegung des Laserstrahls wird somit bei dieser Lösung durch die Laserquelle selbst bewirkt. Dabei kann die Laserquelle hin und her bewegt und/oder geschwenkt werden.

[0012] Es ist jedoch auch möglich, dass der Laserstrahl indirekt über wenigstens ein ansteuerbares Reflexionsmittel auf die Materialbahn richtbar ist, wobei das Reflexionsmittel so ansteuerbar ist, dass der reflektierte Laserstrahl gegenüber der Materialbahn quer zur Laufrichtung der Materialbahn verfahrbar ist. Die Laserquelle kann bei dieser Lösung fest stehen, und die Hin- und Herbewegung des Laserstrahls wird durch eine entsprechende Ausrichtung des Reflexionsmittels zur Materialbahn bewirkt. Das Reflexionsmittel umfasst dabei beispielsweise wenigstens einen Spiegel, der gegenüber der Materialbahn schwenkbar ist.

[0013] Teilaspekte beider Lösungen können jedoch auch kombiniert werden, wenn der Laserstrahl beispielsweise indirekt über ein Reflexionsmittel auf die Materialbahn gerichtet wird, aber die Laserquelle beweglich ausgeführt ist, um den Laserstrahl hin und her zu bewegen. Um diese Bewegung zu unterstützen, kann das Reflexionsmittel ebenfalls beweglich ausgeführt sein, so dass die Kombination der Bewegungen der Laserquelle und des Reflexionsmittels zu der gewünschten Bewegung des Laserstrahls mit einer bestimmten Amplitude führt.

[0014] Ferner kann die Amplitude der Bewegung des Laserstrahls quer zur Laufrichtung der Materialbahn variabel einstellbar sein. Dies hat gegenüber mechanischen Lösungen den Vorteil, dass kein Austausch von Bauteilen erfolgen muss, um die Vorrichtung auf eine andere Wellenform einzustellen.

[0015] In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zwischen der Laserquelle und der Materialbahn eine Laserfalle angebracht, mit welcher der Laserstrahl der Laserquelle temporär auffangbar ist. Hierdurch kann die Laserquelle bereits aktiviert werden, bevor der Laserstrahl für einen Schnitt eingesetzt wird. Solange der Laserstrahl nicht eingesetzt wird, wird er in der Laserfalle aufgefangen.

[0016] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung zusätzlich zu der wenigstens einen Laserquelle wenigstens eine mechanische Schneideinrichtung zur Einbringung eines linearen und/oder wellenförmigen Längsschnitts in die laufende Materialbahn. Die Laserschneidmittel werden somit durch mechanische Schneidmittel ergänzt, die dann gezielt einsetzbar, aber auch miteinander kombinierbar sind.

[0017] Beispielsweise kann die Vorrichtung wenigstens ein Rundmesser mit einer axial wellenförmigen Klingenkontur aufweisen, welches temporär so in die laufende Materialbahn einschwenkbar ist, das es einen wellenförmigen Längsschnitt in die laufende Materialbahn einbringt. Die Materialbahn kann dann wahlweise mittels Laser oder dem rotierenden Rundmesser geschnitten werden.

[0018] Dieses zusätzliche Rundmesser kann vorteilhaft für ein Verfahren eingesetzt werden, das ebenfalls von der Erfindung umfasst ist und vorsieht, dass während des Einrichtens und/oder Beschleunigens der Materialbahn wenigstens ein wellenförmiger Längsschnitt durch das wenigstens eine Rundmesser in die laufende Materialbahn eingebracht wird. Das wenigstens eine Rundmesser wird dann aus der laufenden Materialbahn ausgeschwenkt und der Laserstrahl auf die Materialbahn gerichtet, sobald die Materialbahn definierte Parameter wenigstens bezüglich der Bahngeschwindigkeit aufweist. Für das Einrichten und Beschleunigen der Materialbahn wird somit das mechanische Schneidmittel eingesetzt, und der Laser wird erst zugeschaltet, wenn die Materialbahn wenigstens eine definierte Geschwindigkeit erreicht hat. Zu den Parametern der Materialbahn können jedoch auch ein stabiler Bahnverlauf und Bahnzug zählen.

[0019] Hierbei kann insbesondere die genannte Laserfalle zur Anwendung kommen, wenn die Laserquelle aktiviert wird, bevor die Materialbahn die definierten Parameter wenigstens bezüglich der Bahngeschwindigkeit aufweist und der Laserstrahl in der Laserfalle aufgefangen wird, bis er auf die Materialbahn gerichtet wird. Dies hat sicherheitstechnische Vorteile. Es dient dem Personenschutz.

[0020] Das wenigstens eine Rundmesser kann dann beim Abbremsen der Materialbahn wieder in die laufende Materialbahn eingeschwenkt und der Laserstrahl von der Materialbahn entfernt werden. So wird beim Einrichten und beim Beschleunigungs- und Abbremsvorgang das Rundmesser eingesetzt, um in diesen Phasen eine Bahntrennung zu ermöglichen, während der Laser nur eingesetzt wird, wenn sich die Materialbahn konstant mit bestimmten Parametern bewegt. Beim Wechsel von einer mechanischen Schneideinrichtung zur Laserquelle und/oder umgekehrt findet vorzugsweise temporär eine Überlappung beider Schneidverfahren statt, um die Bahntrennung sicherzustellen.

[0021] Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.

[0022] Von den Abbildungen zeigt:

Fig. 1

eine schematische Aufsicht auf eine laufende Materialbahn mit mehreren wellenförmigen Längsschnitten; und

Fig. 2

eine schematische Seitenansicht auf eine laufende Materialbahn mit mechanischer Schneideinrichtung und Laserquelle.

[0023] In Fig. 1 ist schematisch eine Aufsicht auf eine laufende Materialbahn 10 gezeigt, deren Laufrichtung mit einem Pfeil 11 gekennzeichnet ist. Bei der Materialbahn handelt es sich beispielhaft um eine metallisierte BOPP-Folie oder eine metallisierte BOPET-Folie im Dickenbereich von 0,9□m bis 15□m.

[0024] Vorzugsweise oberhalb der laufenden Materialbahn 10 ist wenigstens eine Laserquelle angebracht, die einen Laserstrahl 30 erzeugt, welcher auf die Materialbahn 10 gerichtet werden kann. Dieser Laserstrahl 30 ist quer zur Laufrichtung 11 hin und her verfahrbar, was in Fig. 1 durch entsprechende Doppelpfeile dargestellt ist. Zusammen mit der Bewegung der Materialbahn 10 bringt der Laserstrahl 30 dann einen wellenförmigen Längsschnitt 20 in die Materialbahn 10 ein. Dabei ist die Amplitude der Hin- und Herbewegung des Laserstrahls 30 vorzugsweise variabel einstellbar, so dass zusammen mit der Laufgeschwindigkeit der Bahn 10 verschiedene Wellenformen erzeugbar sind.

[0025] In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind beispielhaft fünf Laserquellen mit einem zugehörigen Laserstrahl vorgesehen. In Abhängigkeit von der gewünschten Bahnbreite kann jedoch auch eine kleinere oder größere Anzahl an Laserquellen gewählt werden. Ferner sind in diesem Ausführungsbeispiel ergänzend zu den Laserquellen fünf mechanische Schneideinrichtungen 40 vorgesehen, mit denen ebenfalls Längsschnitte in die Materialbahn 10 einbringbar sind.

[0026] Die mechanischen Schneideinrichtungen 40 sind beispielsweise in Laufrichtung jeweils vor einem Laserstrahl 30 angebracht. So kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, das vorsieht, dass die Materialbahn 10 beim Einrichten und Beschleunigen zunächst mit den mechanischen Schneideinrichtungen 40 geschnitten wird, und die Laser erst zugeschaltet werden, wenn die Materialbahn 10 bestimmte Parameter wie Bahngeschwindigkeit, stabiler Bahnverlauf und Bahnzug, etc. aufweist. Beim Abbremsen der Materialbahn 10 wird der Laser wieder von der Materialbahn 10 entfernt, d.h. nicht mehr auf die Materialbahn 10 gerichtet, und die mechanischen Schneideinrichtungen 40 schneiden in dieser Phase wieder die Materialbahn 10. Die mechanischen Schneideinrichtungen 40 können miteinander verbunden sein, so dass sie synchron angetrieben und bewegt werden können. Das Gleiche gilt für die Laserquellen.

[0027] Um beim Übergang von einer Schneidart zur anderen eine kurze Überlappung der beiden Schneidverfahren zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass die Schneideinrichtungen 40 erst aus der Folie 10 ausgeschwenkt werden, wenn die dahinter liegenden Laserstrahlen 30 bereits schneiden. Zur Entfernung der Laser beim Abbremsvorgang erfolgt dies in umgekehrter Reihenfolge, und die Laser werden erst entfernt, wenn die davor liegende mechanische Schneideinrichtung in die Folie 10 eingeschwenkt ist und schneidet.

[0028] Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht auf eine laufende Materialbahn 10 mit einer mechanischen Schneideinrichtung 40 und einer Laserquelle 31. Als mechanische Schneideinrichtung 40 ist ein rotierendes Rundmesser vorgesehen, in dessen Umfang eine axial wellenförmige Kontur eingeprägt ist. Das Rundmesser 40 ist in die Materialbahn 10 einschwenkbar, was in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. Die Folie 10 bewegt sich in dieser Abbildung in Pfeilrichtung nach links, so dass die mechanische Schneideinrichtung 40 in Laufrichtung 11 vor dem Laserstrahl 30 angeordnet ist, der durch die Laserquelle 31 erzeugt wird.

[0029] Dabei ist der Laserstrahl 30 nicht direkt von der Laserquelle 31 auf die Folie 10 gerichtet, sondern er wird indirekt über ein Reflexionsmittel 32 auf die Materialbahn 10 gelenkt.

[0030] Als Reflexionsmittel 32 wird beispielsweise ein ansteuerbarer Spiegel eingesetzt, dessen Bewegung eine Hin- und Herbewegung des Laserstrahls 30 gegenüber der Laufrichtung der Materialbahn 10 erzeugen kann. Dabei bewegt sich der Spiegel 32 beispielsweise nicht selbst mit einer Amplitude bezüglich der Laufrichtung 11 hin und her, sondern er schwenkt pendelnd um eine Achse, so dass ein von der Laserquelle 31 auf den Spiegel 32 auftreffender Laserstrahl 30 in unterschiedlichen Winkeln in Richtung der Materialbahn 10 reflektiert wird. Allerdings trifft der Laserstrahl 30 bei einer solchen Ausführungsform nicht immer in einem Winkel von 90° auf die Folie 10, sondern der Winkel ändert sich. Soll der reflektierte Laserstrahl 30 konstant in einem Winkel von 90° auf die Folie 10 auftreffen, könnte auch die Laserquelle 31 beweglich ausgeführt sein, oder die Laserquelle 31 bewegt sich hin und her und richtet den Laserstrahl 30 dabei direkt auf die Materialbahn 10.

[0031] Ferner ist zwischen der Laserquelle 31 und der Folie 10, bzw. zwischen der Laserquelle 31 und dem Spiegel 32, eine Laserfalle 33 angeordnet. Diese Laserquelle 33 kann dazu genutzt werden, die Laserquelle 31 zu aktivieren, bevor der Laserstrahl 30 auf die Bahn 10 gerichtet werden soll, denn der Laserstrahl 30 kann solange in der Laserfalle 33 aufgefangen werden.

[0032] Die Anordnung der Laserquelle 31, der Laserfalle 33 und des Spiegels 32 bezüglich der Folie 10 können jedoch auch anders gewählt sein, denn die Abbildung in Fig. 2 gibt lediglich das Grundprinzip der Erfindung wieder.

Bezugszeichenliste:

10	Materialbahn, Folie
11	Laufrichtung
20	Längsschnitt, wellenförmig
30	Schneidmittel, Laserstrahl
31	Laserquelle
32	Reflexionsmittel, Spiegel
33	Laserfalle
40	Schneidmittel, mechanische Schneideinrichtung, Rundmesser

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Längsschneiden von laufenden Materialbahnen (10), umfassend Schneidmittel zur Einbringung wenigstens eines wellenförmigen Längsschnitts (20) in eine laufende Materialbahn (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidmittel wenigstens eine Laserquelle (31) umfassen, deren Laserstrahl (30) auf die Materialbahn (10) richtbar ist und gegenüber der Materialbahn (10) quer zur Laufrichtung der Materialbahn (10) so hin und her verfahrbar ist, dass der Laserstrahl (30) einen wellenförmigen Längsschnitt (20) in die laufende Materialbahn (10) einbringt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (30) senkrecht auf die Materialbahn (10) gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (30) direkt auf die Materialbahn (10) gerichtet ist, und die Laserquelle (31) gegenüber der Materialbahn (10) so bewegbar ist, dass der Laserstrahl (30) quer zur Laufrichtung der Materialbahn (10) verfahrbar ist.

4. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (30) indirekt über wenigstens ein ansteuerbares Reflexionsmittel (32) auf die Materialbahn (32) richtbar ist, wobei das Reflexionsmittel (32) so ansteuerbar ist, dass der reflektierte Laserstrahl (30) gegenüber der Materialbahn (10) quer zur Laufrichtung der Materialbahn (10) verfahrbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsmittel (32) wenigstens einen Spiegel umfasst..

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Bewegung des Laserstrahls (30) quer zur Laufrichtung der Materialbahn (10) variabel einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (30) in einem Winkel von 90° zur Laufrichtung der Materialbahn (10) verfahrbar ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (10) eine metallisierte Folie ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserquelle (31) und der Materialbahn (10) eine Laserfalle (33) angebracht ist, mit welcher der Laserstrahl (30) der Laserquelle (31) temporär auffangbar ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich zu der wenigstens einen Laserquelle (31) wenigstens eine mechanische Schneideinrichtung (40) zur Einbringung eines linearen und/oder wellenförmigen Längsschnitts (20) in die laufende Materialbahn (10) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens ein Rundmesser (40) mit einer axial wellenförmigen oder gerader Klingenkontur aufweist, welches temporär so in die laufende Materialbahn (10) einschwenkbar ist, das es einen wellenförmigen Längsschnitt (20) in die laufende Materialbahn (10) einbringt.

12. Verfahren zur Einbringung eines wellenförmigen Längsschnitts in eine laufende Materialbahn mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einrichtens und/oder Beschleunigens der Materialbahn (10) wenigstens ein wellenförmiger Längsschnitt (20) durch das wenigstens eine Rundmesser (40) in die laufende Materialbahn (10) eingebracht wird, und dass das wenigstens eine Rundmesser (40) aus der laufenden Materialbahn (10) ausgeschwenkt und der Laserstrahl (30) auf die Materialbahn (10) gerichtet wird, sobald die Materialbahn (10) definierte Parameter wenigstens bezüglich der Bahngeschwindigkeit aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserquelle aktiviert wird, bevor die Materialbahn (10) die definierten Parameter wenigstens bezüglich der Bahngeschwindigkeit aufweist und der Laserstrahl (30) in einer Laserfalle (33) aufgefangen wird, bis er auf die Materialbahn gerichtet wird.

14. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rundmesser (40) beim Abbremsen der Materialbahn (10) in die laufende Materialbahn (10) eingeschwenkt und der Laserstrahl (30) von der Materialbahn (10) entfernt wird.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wechsel von einer mechanischen Schneideinrichtung (40) zur Laserquelle (31) und/oder umgekehrt temporär eine Überlappung beider Schneidverfahren stattfindet.

Zeichnung